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隨 著塑料製品日溢廣泛的應用,如日化用品和飲料包裝容器等,外觀的需要往往要求塑料模具型腔的表面達到鏡面拋光的程度。而生產光學鏡 片、鐳射唱片等模具對表面粗糙度要求極高,因而對拋光性的要求也極高。拋光不僅增加工件的美觀,而且能夠改善材料表面的耐腐蝕性、耐磨性,還可以使模具擁 有其它優點,如使塑料製品易於脫模,減少生產注塑週期等。因而拋光在塑料模具製作過程中是很重要的一道工序。

1 拋光方法 目前常用的拋光方法有以下幾種:

1.1 機械拋光 機械拋光是靠切削、材料表面塑性變形去掉被拋光後的凸部而得到平滑面的拋光方法,一般使用油石條、羊毛輪、砂紙等, 以手工操作為主,特殊零件如回轉體表面,可使用轉台等輔助工具,表面質量 要求高的可採用超精研拋的方法。超精研拋是採用特製的磨具,在含有磨料的研拋液 中,緊壓在工件被加工表面上,作高速旋轉運動。利用該技術可以達到Ra0.008μm的表面粗糙度,是各種拋光方法中最高的。光學鏡片模具常採用這種方 法。

1.2 化學拋光 化學拋光是讓材料在化學介質中表面微觀凸出的部分較凹部分優先溶解,從而得到平滑面。這種方法的主要優點是不需複雜 設備,可以拋光形狀複雜的工件,可以同時拋光很多工件,效率高。化學拋光的核心問題是拋光液的配製。化學拋光得到的表面粗糙度一般為數10μm。

1.3 電解拋光 電解拋光基本原理與化學拋光相同,即靠選擇性的溶解材料表面微小凸出部分,使表面光滑。與化學拋光相比,可以消除陰 極反應的影響,效果較好。電化學拋光過程分為兩步: (1)宏觀整平 溶解產物向電解液中擴散,材料表面幾何粗糙下降,Ra>1μm。 (2)微光平整 陽亟亟化,表面光亮度提高,Ra<1μm。

ref: ECM電化學加工(電解加工)

1.4 超聲波拋光 將工件放入磨料懸浮液中並一起置於超聲波場中,依靠超聲波的振蕩作用,使磨料在工件表面磨削拋光。超聲波加工宏觀 力小,不會引起工件變形,但工裝製作和安裝較困難。超聲波加工可以與化學或電化學方法結合。在溶液腐蝕、電解的基礎上,再施加超聲波振動攪拌溶液,使工件 表面溶解產物脫離,表面附近的腐蝕或電解質均勻;超聲波在液體中的空化作用還能夠抑制腐蝕過程,利於表面光亮化。

1.5 流體拋光 流體拋光是依靠高速流動的液體及其攜帶的磨粒沖刷工件表面達到拋光的目的。常用方法有:磨料噴射加工、液體噴射加 工、流體動力研磨等。流體動力研磨是由液壓驅動,使攜帶磨粒的液體介質高速往復流過工件表面。介質主要採用在較低壓力下流過性好的特殊化合物(聚合物狀物 質)並摻上磨料製成,磨料可採用碳化硅粉末。

ref: OTEC 流體拋光技術

example:


處理前


處理後

1.6 磁研磨拋光 磁研磨拋光是利用磁性磨料在磁場作用下形成磨料刷,對工件磨削加工。這種方法加工效率高,質量好,加工條件容易控制,工作條件好。採用合適的磨料,表面粗糙度可以達到Ra0.1μm。

2 機械拋光基本方法 在塑料模具加工中所說的拋光與其他行業中所要求的表面拋光有很大的不同,嚴格來說,模具的拋光應該稱為鏡面加 工。它不僅對拋光本身有很高的要求並且對表面平整度、光滑度以及幾何精確度也有很高的標準。表面拋光一般只要求獲得光亮的表面即可。鏡面加工的標準分為四 級:AO=Ra0.008μm,A1=Ra0.016μm,A3=Ra0.032μm,A4=Ra0.063μm,由於電解拋光、流體拋光等方法很難精確 控制零件的幾何精確度,而化學拋光、超聲波拋光、磁研磨拋光等方法的表面質量又達不到要求,所以精密模具的鏡面加工還是以機械拋光為主。

2.1 機械拋光基本程序 要想獲得高質量的拋光效果,最重要的是要具備有高質量的油石、砂紙和鑽石研磨膏等拋光工具和輔助品。而拋光程序的選擇取決於前期加工後的表面狀況,如機械加工、電火花加工,磨加工等等。機械拋光的一般過程如下:

(1) 粗拋 經銑、電火花、磨等工藝後的表面可以選擇轉速在35 000—40 000 rpm的旋轉表面拋光機或超聲波研磨機進行拋 光。常用的方法有利用直徑Φ3mm、WA # 400的輪子去除白色電火花層。然後是手工油石研磨,條狀油石加煤油作為潤滑劑或冷卻劑。一般的使用順序為 #180 ~ #240 ~ #320 ~ #400 ~ #600 ~ #800 ~ #1000。許多模具製造商為了節約時間而選擇從#400開始。

(2) 半精拋 半精拋主要使用砂紙和煤油。砂紙的號數依次為: #400 ~ #600 ~ #800 ~ #1000 ~ #1200 ~ #1500。實際上#1500砂紙只用適於淬硬的模具鋼(52HRC以 上),而不適用於預硬鋼,因為這樣可能會導致預硬鋼件表面燒傷。 (3)精拋 精拋主要使用鑽石研磨膏。若用拋光布輪混合鑽石研磨粉或研磨膏進行研磨的 話,則通常的研磨順序是9μm(#1800)~ 6μm(#3000)~3μm(#8000)。9μm的鑽石研磨膏和拋光布輪可用來去除#1200和 #1500號砂紙留下的發狀磨痕。接著用粘氈和鑽石研磨膏進行拋光,順序為1μm(#14000)~ 1/2μm(#60000)~1/4μm (#100000)。

精度要求在1μm以上(包括1μm)的拋光工藝在模具加工車間中一個清潔的拋光室內即可進行。若進行更加精密的拋光則必需一個絕對潔淨的空間。灰塵、煙霧,頭皮屑和口水沫都有可能報廢數個小時工作後得到的高精密拋光表面。

2.2 機械拋光中要注意的問題 用砂紙拋光應注意以下幾點:

1)用砂紙拋光需要利用軟的木棒或竹棒。在拋光圓面或球面時,使用軟木棒可更好的配合圓面和球面的弧度。而較硬的木條像櫻桃木,則更適用於平整表面的拋光。修整木條的末端使其能與鋼件表面形狀保持吻合,這樣可以避免木條(或竹條)的銳角接觸鋼件表面而造成較深的劃痕。

(2) 當換用不同型號的砂紙時,拋光方向應變換45°~ 90°,這樣前一種型號砂紙拋光後留下的條紋陰影即可分辨出來。在換不同型號 砂紙之前,必須用100%純棉花沾取酒精之類的清潔液對拋光表面進行仔細的擦拭,因為一顆很小的沙礫留在表面都會毀壞接下去的整個拋光工作。從砂紙拋光換 成鑽石研磨膏拋光時,這個清潔過程同樣重要。在拋光繼續進行之前,所有顆粒和煤油都必須被完全清潔乾淨。

(3)為了避免擦傷和燒傷工件表面,在用#1200和#1500砂紙進行拋光時必須特別小心。因而有必要加載一個輕載荷以及採用兩步拋光法對表面進行拋光。用每一種型號的砂紙進行拋光時都應沿兩個不同方向進行兩次拋光,兩個方向之間每次轉動45°~ 90°。

鑽石研磨拋光應注意以下幾點:

(1) 這種拋光必須盡量在較輕的壓力下進行特別是拋光預硬鋼件和用細研磨膏拋光時。在用#8000研磨膏拋光時,常用載荷為 100~200g/cm2,但要保持此載荷的精準度很難做到。為了更容易做到這一點,可以在木條上做一個薄且窄的手柄,比如加一銅片;或者在竹條上切去一 部分而使其更加柔軟。這樣可以幫助控制拋光壓力,以確保模具表面壓力不會過高。

(2)當使用鑽石研磨拋光時,不僅是工作表面要求潔淨,工作者的雙手也必須仔細清潔。

(3)每次拋光時間不應過長,時間越短,效果越好。如果拋光過程進行得過長將會造成「橘皮」和「點蝕」。

(4)為獲得高質量的拋光效果,容易發熱的拋光方法和工具都應避免。比如:拋光輪拋光,拋光輪產生的熱量會很容易造成「橘皮」。

(5)當拋光過程停止時,保證工件表面潔淨和仔細去除所有研磨劑和潤滑劑非常重要,隨後應在表面噴淋一層模具防銹塗層。

3 影響模具拋光質量的因素 由於機械拋光主要還是靠人工完成,所以拋光技術目前還是影響拋光質量的主要原因。除此之外,還與模具材 料、拋光前的表面狀況、熱處理工藝等有關。優質的鋼材是獲得良好拋光質量的前提條件,如果鋼材表面硬度不均或特性上有差異,往往會產生拋光困難。鋼材中的 各種夾雜物和氣孔都不利於拋光。

3.1 不同硬度對拋光工藝的影響 硬度增高使研磨的困難增大,但拋光後的粗糙度減小。由於硬度的增高,要達到較低的粗糙度所需的拋光時間相應增長。同時硬度增高,拋光過度的可能性相應減少。

3.2 工件表面狀況對拋光工藝的影響 鋼材在切削機械加工的破碎過程中,表層會因熱量、內應力或其他因素而損壞,切削參數不當會影響 拋光效果。電火花加工後的表面比普通機械加工或熱處理後的表面更難研磨,因此電火花加工結束前應採用精規准電火花修整,否則表面會形成硬化薄層。如果電火 花精修規准選擇不當,熱影響層的深度最大可達0.4mm。硬化薄層的硬度比基體硬度高,必須去除。因此最好增加一道粗磨加工,徹底清除損壞表面層,構成一 片平均粗糙的金屬面,為拋光加工提供一個良好基礎。


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